이미지 수집 - 카메라의 종류

이 글에서는 머신 비전 어플리케이션에서 사용하는 카메라의 종류에 대해서 알아보도록 할 것입니다. 카메라의 특성에 맞게 올바른 카메라를 선정하기 위해서는 카메라에 대한 정확한 지식을 이해하고 있어야 합니다. 이 글은 카메라의 종류와 이에 대한 장단점을 설명하고 올바른 카메라 선정에 도움을 줄 것 입니다. 

1. 카메라

사용자는 카메라의 2가지 주요 타입(아날로그, 디지털) 중 하나를 선택할 수 있습니다. 디지털 카메라는 좀 더 구체적으로 병렬 디지털, 카메라 링크 그리고 IEEE로 분류 할 수 있습니다. 이 글은  카메라 종류와 이에 대한 장단점에 대한 정보를 가지고 있으며, 이는 사용자의 어플리케이션을 위한 올바른 카메라를 선택하는데 도움을 줄 것입니다.

아날로그 카메라

아날로그 카메라는 비디오 신호를 아날로그 포맷으로 생성하는 카메라입니다. 아날로그 신호는 이미지 수집 장치로부터 디지털화 하여 수집됩니다. 비디오 신호는 비디오 신호를 표현하기 위해서 가장 일반적인 표준으로 아날로그를 만드는 TV 표준을 기초로 합니다. 

사용자는 아마도 Charge-Coupled Device로 불리는 CCD라는 용어를 들어보았을 것이고, 이 부분이 아날로그 비디오 신호와 어떻게 연관되는지를 궁금해 할 것입니다. CCD는 상호 연결된 반도체의 수십만 개의 어레이(Array)입니다.

어떤 물체가 조명될 때 전하를 생성하고 저장하는 각 픽셀은 고체이면서 감광성의 성분입니다. 픽셀은 CCD Imager를 위한 구성 요소이고, 이 요소는 포커스된 장면의 이미지를 가지는 사각형의 픽셀 배열입니다. 대부분의 구성 중에서 센서는 시프트 레지스터로 전하를 저장하고 전송하는 회로를 포함합니다. 이는 CCD Imager의 전하에 대한 공간적 배열을 시간에 따른 비디오 신호로 변환합니다. 수직/수평의 위치와 센서의 값에 대한 시간 정보는 비디오 신호에 포함됩니다.

표준 아날로그 카메라의 경우, CCD의 라인은 업데이트 속도를 증가시키기 위해서 섞여지게 됩니다. 이는 배열에 대한 홀수 번호의 행이 먼저 스캔 되는 것을 의미합니다. 홀수 스캔 이후에 짝수 행에 대한 처리가 수행됩니다. 이 두 가지 필드는 하나의 프레임으로 만들어 집니다. Electronic Industries Association(EIA) RS-170과 NTSC 카메라는 640 * 480의 크기를 가지는 이미지에 대해서 30 프레임의 속도를 가지고 있습니다. CCIR과 PAL 카메라는 768 * 576의 크기에 대해서 25 프레임의 속도를 가집니다.

아날로그 카메라는 가격이 저렴하고, 표준 아날로그 수집 장비에 대한 인터페이스를 맞추기 쉽습니다. 그러므로 이 카메라는 매력적인 가격을 통해 다양한 어플리케이션을 처리할 수 있습니다. 

디지털 카메라

디지털 카메라는 아날로그 카메라에 비해 몇 개의 장점을 가지고 있습니다. 아날로그 비디오는 디지털 비디오보다 전송에 대한 노이즈에 대해서 좀더 민감합니다. 이미지 수집 장비 수준에서보다 카메라 레벨에 대한 디지털화를 하기 때문에, 신호대비 잡음비가 일반적으로 높고 이는 더 높은 정확성을 가지게 됩니다. 디지털 카메라는 TV 표준을 따르지 않기 대문에 큰 이미지 크기와 빠른 프레임 속도뿐 아니라 높은 픽셀 해상도를 제공할 수 있습니다. 

디지털 카메라는 머신 비전, 천문학, 현미경 및 열 이미지 어플리케이션을 위한 표준 해상도에 대한 10-16비트 그레이 레벨에 대한 해상도를 지원합니다. 디지털 카메라는 단순히 프레임 그래버에 데이터를 전송하기 전에 디지털화하고, 데이터 수집을 위해서 아날로그와 같이 동일한 CCD 장치를 사용합니다.

병렬 디지털 카메라

최근까지 병렬 디지털 카메라는 디지털 카메라에서 사용하는 하나의 타입이었습니다. 이들은 위에서 언급된 이점을 모두 제공합니다. 그러나 병렬 디지털 카메라는 명확한 물리적 또는 프로토콜 표준이 없습니다. 디지털 수집 디바이스에 인터페이스를 연결하는 것이 어려울 수 있습니다. 병렬 디지털 카메라는 이미지 수집 장치와 연결하는 사용자 정의 케이블이 필요할 수 있습니다. 

사용자는 카메라가 이미지 수집 장치와 호환이 되는지 여부를 파악해야 합니다. 다행스럽게 병렬 카메라의 큰 기반은 거의 모든 영상 응용 어플리케이션 시장에 존재합니다. NI는 디지털 카메라를 병렬로 연결하기 쉽게 하기 위해 케이블과 카메라 구성 파일을 제공합니다. 

Camera Link

Camera Link는 디지털 카메라와 이미지 수집 장치를 연결하는 케이블을 위한 인터페이스 사양입니다. 이는 다수 센서에 대한 유연성과 같은 디지털 카메라의 이점을 가지고 있습니다. 그러나 Camera Link는 이미지 수집 장비와 연동을 위해서 소형 커넥터와 한 개 혹은 두 개의 동일한 케이블을 가지고 있습니다. Camera Link는 표준 디지털 카메라와 연동을 할 때 복잡한 작업이 될 수 있는 케이블 연결 작업을 단순화 합니다.

IEEE 1394

IEEE 1394는 디지털 카메라를 포함하는 PC 주변기기에 의해 사용되는 직렬 버스 표준입니다. IEEE 1394 카메라는 간단하고 유연한 4 혹은 6-Wire 전원 케이블을 사용합니다. 어떤 경우에는 버스에서 카메라에 전원을 공급할 수도 있습니다. IEEE 1394는 공유 버스이기 때문에 다른 장치 버스가 연결되어 있지 않으면 40MB/s의 대역폭 한계를 가지게 됩니다. IEEE 1394 카메라는 이미지 데이터를 옮기기 위해 이미지 처리를 위한 프로세스 대역폭을 제한하는 프로세서 제어를 요구합니다. 

IEEE 1394는 카메라 기능 열거 및 설정을 하기 위한 기능을 포함하고 있는 표준입니다. 사용자는 IEEE 1394를 위한 NI-IMAQ 카메라 소프트웨어(ni.com에서 구입 가능)를 이용하여 산업용 IEEE 1394 카메라와 OHCI이 호환되는 IEEE 1394 어뎁터를 통해서 데이터 수집이 가능합니다.

올바른 카메라 선정을 위한 카메라 들과의 비교

	아날로그 카메라	병렬 디지털 카메라	Camera Link 카메라	IEEE 1394 카메라
데이터 속도	느림	빠름	빠름	느림
공간 해상도	낮음	높음	높음	중간
기능	간단하고 쉬움	고급	고급	간단하고 쉬움
픽셀 깊이	8-bit 에서 10-bit	16-bit까지 사용	16-bit까지 사용	일반적으로 8-bit
케이블	간단한 BNC 케이블	두꺼운 사용자 기반의 케이블	간단한 표준 케이블	간단한 표준 케이블

이 글에서는 머신 비전 시스템 구축에 필요한 카메라의 종류에 대해서 알아보았습니다.

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